FMEA分析方法

1、SAE-ARP-4761 （1996 ）FMEA 是一種系統(tǒng)的，自下而上的方法，用于識別系統(tǒng)，項目或功能的故障模式，并確 定對下一個更高級別的影響。它可以在系統(tǒng)中的任何級別（例如，零件，功能，黑盒等）執(zhí) 行。軟件還可以使用功能 FMEA 方法進行定性分析。通常， FMEA 用于解決單個故障導致 的故障影響。FMEA 的范圍應該與請求它的用戶協(xié)調。分析可以是部件 FMEA 或功能 FMEA 。如果 從功能FMEA導出的故障率允許滿足 PSSA概率預算，則可以不需要零件 FMEA。 FMEA 通常包括以下信息。a、組件、功能或 /和功能的識別；b、故障模式和相關的硬件故障率（數(shù)值或分類） ；c、失

2、效效應（直接和/或在下面更高級水平）；d、可檢測性和檢測手段；FMEA 也包括以下信息：a、補償動作（即自動或手動） ；b、發(fā)生故障的飛行階段；c、故障影響的嚴重性FMEA可以與概率技術（例如FTA或DD）結合使用以產(chǎn)生定量分析。此外，F(xiàn)MEA可以用于通過從下到上提供故障效應的補充列表來補充 FTA / DD。故障模式和影響分析（ FMEA）1、介紹故障模式和影響分析（ F M EA ）是一種系統(tǒng)方法，用于識別系統(tǒng)，項目，功能或零件的故障模式，并確定對下一個更高級別設計的影響。還可以確定每個故障模式的檢測方法（如果有的話） FMEA 可以是定量或定性分析， 并且可以在所有類型的系統(tǒng) （例如，電

3、氣，電子或機械系統(tǒng)）上執(zhí)行。如果正在執(zhí)行定量 FMEA ，則針對每個故障模式確定 故障率。FMEA的結果可以用于生成故障模式和效果概要（FMES ）,并且通常用于支持 系統(tǒng)安全評估（SSA）過程的其他分析技術，例如故障樹分析（FTA），依賴關系圖DD） 或馬爾可夫分析（MA）。故障的組合通常不被認為是 FMEA的一部分。2、范圍通過假定所選級別的具體實現(xiàn)可能失敗的方式對給定級別（系統(tǒng)，項目等）執(zhí)行FMEA。 每個故障模式的影響在給定等級下確定， 并且通常是設備的每個操作模式的下 一較高等級。 有時， FMEA 可能需要專注于特定操作場景以支持自上而下的 FTA， DD 或 MA。FMEA 必須

4、考慮所有與安全有關的影響以及由要求確定的任何其他影響。 在不可 能識別故障模式的特定性質的情況下，必須假定最壞情況的影響。 如果最壞情況對于 故障樹是不可接受的，則必須在下一個較低的等級檢查故障模式。（即，如果 FMEA在功能級別進行，則降至零件級別，并排除對所考慮事件沒有影響的組件。如果分析是 在零件級別進行，則降低以考慮特定故障機理。另一個選擇是重新設計以改善冗余或添 加監(jiān)控。無論 FMEA 的執(zhí)行水平如何， FMEA 的主要步驟包括準備，分析和文檔。3、FMEA 過程3.1 FMEA 準備階段FMEA 的準備包括確定客戶要求，獲得當前文檔，以及了解功能的操作。在開始之前了解客戶對 FME

5、A 的期望和要求很重要。 如果 FMEA 要求未知， FMEA可能不滿足請求者的需求，可能必須重做FMEA 的要求通常源自 PSSA 活動，例如 FTA，DD，MA 。 分析師需要知道分析 水平（功能對零件），安全相關效應，其他故障影響和感興趣的操作模式。 FMEA 用于 支持安全評估過程， 通過提供故障率來量化 FTA，DD 或 MA 的基本事件。 FMEA 還可 以用于通過 FMEA 故障模式與故障樹的基本事件的比較來支持 FTA 的驗證。開始執(zhí)行分析之前的最后一步是獲得完成分析所需的以下信息，或者可以簡化分析 活動。a、FMEA 要求，包括相關的安全性和要求的故障影響和特定的運行模式；b

6、、規(guī)格；c、當前圖紙和原理圖；d、每個系統(tǒng)和項目的部件列表；e、功能框圖；f、說明材料包括操作理論；g、適用的故障率列表；h、上一代或類似功能的 FMEA ；i、任何未包含在原理圖中的設計更改和修訂（注意：設計可能會頻繁更改，并且具有 最新材料將減少 FMEA 更新。）j、如果適用，先前 FMEA 的組件故障模式的初步列表； 注：對于在設計階段早期執(zhí)行的 FMEA ，上述一些信息將不可用，并且可能必須進行假 設或估計。 必須保留這些假設的詳細文檔，以便進行可追溯性并簡化未來的更新。3.2 執(zhí)行分析分析人員需要審查和理解在上述準備階段收集的信息。 分析人員還會發(fā)現(xiàn)，理解 識別故障模式。 在被分析

7、的設計等級，每個可行的硬件故障模式被假定。 組成給定級 別的組件或功能的故障模式需要考慮所分析的設計在下一個更高級別中執(zhí)行的功能很有用在分析者獲得足夠的知識之后，分析每個識別的故障模式以確定其對給定級別的影響，并且通常也包括對較高級別 的影響。為每種不同類型的效果創(chuàng)建失效效應類別，并且可以將代碼分配給每個效果類 別。通過將每個效果的描述從工作表移動到報告正文來定義這些代碼簡化了 FMEA 工作 表。FMEA工作表提供了故障模式，效果和概率的列表。在以下部分中提供了 FMEA工 作表的示例。每個效果類別必須只有一個更高級別的效果，否則效果類別必須更詳細地 定義。例如， 如果效果類別最初被定義為“

8、使信號 xyz 超出規(guī)格”，但是超出高規(guī)格的情況 與超出低規(guī)格的情況造成的效果是不同的，則效果類別應當被分割為“ .超出高規(guī)格 “和.”.超出低規(guī)格“。類似地，如果發(fā)現(xiàn)故障模式導致兩個更高水平的效果（例如， “信號 A的損失”和“信啞的損失”，則這兩個應當被組合以形成新的效果類別“信號 A和B的 損失“。檢測故障的方法通常在 FMEA 工作表中確定并記錄。 檢測方法的示例包括通過硬 件或軟件監(jiān)視器，飛行機組檢測，上電測試和維護檢查。對于定量FMEA，將故障率分配給每個故障模式。只要可能，故障率應根據(jù)已經(jīng)在現(xiàn)場使用的類似設備的故障數(shù)據(jù)確定。 行業(yè)的故障率包括 MIL-HDBK-217 ， MIL

9、-HDBK-338，RAC “無電子零件可靠性數(shù)據(jù)” （NPRD ）和GIDEP （政府工業(yè)數(shù)據(jù) 交換計劃）， MIL-HDBK-978 和羅馬實驗室的“可靠性工程師工具包”。 每個故障影響類別 的總故障率可在匯總表中詳細說明，或概述在故障模式和影響總結（FMES ）中。有兩種基本類型的 FMEA- 功能和部件。 通常執(zhí)行功能 FMEA 以支持安全性分析 效應，執(zhí)行零件 FMEA 是為了提供故障率的進一步細化所必須的。 通常，當來自功能 FMEA分析獲得的過于保守的故障率不能讓系統(tǒng)或項目滿足FTA失效預算概率時，部件FMEA 被將被執(zhí)行。部件 FMEA 也可用于依賴冗余設計的系統(tǒng)，因為功能 F

10、MEA 可能 不會揭示影響多于一個冗余元件的單個組件故障。 部件 FMEA 也用于機械項目和組件的 安全分析。3.2.1 功能 FMEA功能 FMEA 可以在任何維修約定級執(zhí)行。細分適當?shù)牡燃売上到y(tǒng)的復雜性和分析的目 標決定。如果所需的分析主要在電路或機械裝置的某部分上，而不主要是特定的功能，則其 應被分解成功能塊。從飛機或系統(tǒng)級，這可以意味著將每個 LRU 或項目定義為功能塊。從 系統(tǒng)或更低級別也許涉及到將項目分解為許多塊。如果每個塊具有盡可能少的輸出，則 FMEA 任務就得到了簡化。一旦確定了功能塊，應創(chuàng)建功能框圖，并且每個塊標記有其功能 名稱。對于每個功能塊，應相對于系統(tǒng)操作分析內部和接

11、口功能。下一步是為每個功能塊假定故障模式。通過考慮功能塊的意圖（功能）并嘗試確定該功 能如何失效來確定失效模式， 無論使用的部件具體是什么。 分析人員必須足夠了解功能塊的 操作，以至于沒有忽略重要的故障模式，包括可能影響多個冗余功能塊的單個部件故障。通 常，給定塊功能的清楚描述，這會使得許多故障模式變得很明顯。以下是功能故障模式的簡單示例：產(chǎn)生 5V 的電源電路可以稱為功能塊。一些功能故障模式的示例如下。a、沒有電壓b、電壓不足5Vc、電壓大于5Vd、輸出的5V帶有噪聲e 、對地短路或其他電壓基于電路實現(xiàn)可能存在其它故障模式。通過考慮該功能如何適應整體設計來確定每個故障模式的效應。 通常為每種

12、效應類型創(chuàng) 建失效效應類別， 并分配失效效應類別代碼。 導致相同效應的所有故障模式都分配給效應類 別。然后，對于每個故障，效應類別代碼可以輸入到 FMEA 工作表中，如表 G1 所示。在確 定故障影響和檢測手段時，必須考慮軟件和故障監(jiān)控。作為此分析的一部分，分析人員還必 須驗證監(jiān)控確實可以檢測故障模式。 為了正確執(zhí)行此分析， 分析人員必須具有系統(tǒng)要求和軟 件設計的詳細知識，包括適用的內部故障管理技術。如果正在進行定量分析， 則向每個故障模式分配故障率。 一種技術是基于類似功能的以 往經(jīng)驗來執(zhí)行每個塊的故障率預測并且為各種故障模式分配故障率， 從而確定發(fā)生概率。 部 件故障分布指南見。Table

13、 G1 -功能 FMEA 工作表(Functional FMEA worksheet )故障模式和影響分析（FMEA ）系統(tǒng)(System )FMEA DescriptionDate子系統(tǒng)(Subsystem )Sheet of(item ATA)FTA Refere nces:FileAuthor :Rev功能名稱Fun cti onNames功能代碼Fun cti on Code失效模式Failure Mode模型故障率Mode failureRate飛行狀態(tài)Flight Phase失效效應Failure Effect檢測方式Detecti onMethod注釋Comme nts功能 FM

14、EA 的結果記錄在類似于表 G1 的工作表中。 此示例表可以修改以滿足 程序需要。 不同的要求可能導致添加或刪除一些信息。 分析人員應該在開始分 析之前確保 FMEA 表格和內容滿足請求者的特定需求。隨著分析的進行，應對 FMEA 的未來維護進行非正式記錄，并協(xié)助解決有關 FMEA 的問題。a、 每個故障模式的說明；b、 分配故障率的理由；C、將特定故障分配給故障效應類別的原理；d、記錄所做的任何假設；這份文件不在 FMEA 的報告中，但是應保留作為參考。3.2.2 部件 FMEA部件 FMEA 類似于功能 FMEA ，不同之處在于，不是在功能或框圖級別分 析，而是分析包含在項目或功能中的每個

15、單獨組件的故障模式。部件 FMEA 可 用于確定潛在的電氣，電子或機械故障的故障影響。例如， 電阻器或電機軸的故 障的影響可以被認為是部件 FMEA 的一部分。電子設備上的部件 FMEA 通常只 在功能 FMEA 過于保守的結果不能使該項目滿足 FTA 故障預算概率時才需要執(zhí) 行。這部分是由于難以確定復雜組件的故障模式。部件 FMEA 的第一步是創(chuàng)建一個由 FMEA 覆蓋的所有組件的列表。下一步 是確定每個組件類型的故障模式。這是部件 FMEA 中最困難的部分，特別是對 包含復雜集成電路的電子產(chǎn)品執(zhí)行的 FMEA。確定除了最簡單的組件（其中行業(yè) 數(shù)據(jù)可用）之外的所有故障模式是非常困難的，有時是

16、不可能的。當有疑問時， 必須做出部件失效模式的最壞情況假設。 幫助確定部件故障模式的信息包含在中一旦組件的零件失效模式被確定，它們被輸入到 FMEA 工作表中，如表 G2 所示。此示例工作表可以修改以滿足個人需求。 不同的要求可能導致添加或刪除 工作表中的一些信息。分析人員應該在開始分析之前確保 FMEA 表格和內容滿 足請求者的特定需求。Table G2 恣件 FMEA 工作表(Piece-Part FMEA worksheet )故障模式和影響分析（FMEA ）系統(tǒng)(System )FMEA DescriptionDate子系統(tǒng)(Subsystem )Sheet of(item ATA)F

17、TA Refere nces:FileFun cti onAuthor :Rev部件數(shù)Part Number部件類型Part Type失效模式Failure Mode模型故障率Mode failureRate飛行狀態(tài)Flight Phase失效效應Failure Effect檢測方式Detecti onMethod注釋Comme nts下一步是確定故障對下一個更高級別組件的影響，并為故障分配故障影響類別 可以將失效效應代碼分配給每個類別以簡化表格。 然后可以將每個失效效應類別 的詳細描述包括在報告的文本中。 導致相同效果的所有故障模式都分配給效果類 別。然后，效果類別代碼可以針對每個故障輸入到

18、 FMEA 工作表中，如表 G2 所示。在確定故障影響和檢測手段時， 必須考慮軟件和故障監(jiān)控。 作為此分析的 一部分，分析人員還必須驗證監(jiān)控確實可以檢測故障模式。 為了正確執(zhí)行此分析， 分析人員必須具有系統(tǒng)要求和軟件設計的詳細知識， 包括適用的內部故障管理技 術。如果正在進行定量分析， 則向每個故障模式分配故障率。 組件部件故障分布指南 見。隨著分析的進行，應對 FMEA 的未來維護進行非正式記錄，并協(xié)助解決有關 FMEA 的問題。e、每個故障模式的說明；f、分配故障率的理由；g、將特定故障分配給故障效應類別的原理；h、記錄所做的任何假設；這份文件不在 FMEA 的報告中，但是應保留作為參考。

19、 確定零部件故障模式和故障分布當執(zhí)行零件 FMEA 時，可能需要進一步分解組件的故障率以識別適用于特定故障模式的故障率的百分比?？梢詮闹T如 RAC “故障模式機構分配”（FMD ）, MIL-HDBK-978 和羅馬實驗室的“可靠性工程師工具包”等行業(yè)文件中獲得指導， 這些文件為許多組件類型提供此信息。要考慮的典型故障模式包括但不限于以下：a、 打開b、 短路C、參數(shù)漂移d 、 失調e、介質（絕緣體）擊穿f 、 間歇操作g、 不工作h、 誤操作i、磨損j 、 機械故障k、黏著l 、 疏松m 、 斷裂通常，必須考慮組件的功能， 并且必須考慮組件可能無法正確執(zhí)行該功能的 所有潛在方式， 以包含在組

20、件故障模式列表中。還必須考慮組件的意外功能。上 述參考文獻提供了良好的基礎， 允許分析人員確定被分析的組分的潛在失效模式。 工程判斷是故障模式確定過程的必要部分。盡管故障率和模式源文檔為某些組件類型的故障模式提供了基礎， 但是這些 文檔中不包含許多設備類型。 這對于需要逐部分地考慮的復雜數(shù)字 IC 尤其如此。 確定數(shù)字設備的故障模式通常需要工程判斷，并且不可能針對復雜數(shù)字 IC 確定 所有故障模式。用于估計復雜數(shù)字設備的故障模式的方法是用可以存在更好的故障模式的 定義的功能塊來對所考慮的數(shù)字設備進行建模。 如果可能， 將功能塊可能故障的 引腳電平影響確定為器件故障模式。 一些故障可能影響多個引

21、腳和引腳的各種組 合。必須特別注意可能導致 FTA 基本事件的潛在部件故障模式。嘗試通過物理故障方法來確定實際故障機制和相關影響不推薦用于 IC ，因 為它迫使分析人員對每個數(shù)字IC執(zhí)行FMEA。該FMEA ”可能比完成的較高級 FMEA 更復雜，并且對于復雜 IC 可能無法實現(xiàn)。此外，芯片制造商未公開的增 強設計可能使整個工作毫無意義 （過時）。復雜的 IC 故障模式可以包括間歇性故 障和可能影響多個引腳的各種故障組合。其他組件類型的故障模式比 ICs 更容易獲得。然而，從多個參考看，相同的 組件類型，可能產(chǎn)生不同的故障模式分布， 有時甚至是不同的故障模式。 這指出， 即使是簡單的組件， 它

22、是很難確定哪些潛在的失效模式是有效的， 哪些不能發(fā)生。3.2.3 證實如果難以確定故障模式的失效效應的分析方法， 則應盡可能進行實驗室驗證。 期望通過測試驗證所有重要的失效效應。 對于電氣或電子系統(tǒng)，可以通過打開 引線或將引線短接在一起或接地來引入故障。 如果器件輸出可以分為三態(tài)， 則可 以輕松引入邏輯組合。 不幸的是，最難分析的故障模式有時難以通過測試來確認。 例如，不可能為大多數(shù) IC 引入所有故障。計算機輔助設計軟件也可用于模擬故 障。該軟件允許將等效的故障引入到電路仿真中并確定故障效應。在測試和實際使用期間的故障分析也可用于證實 FMEA 的結果。 此故障數(shù) 據(jù)還可用于為將來的 FMEA 創(chuàng)建故障模式庫。4、文檔4.1 FMEA reportFMEA 的報告應該包括：a、 可用于 FMES 、FTA 或相似分析參考的文檔編號；b、 介紹包含關于 FMEA 的目的和對象的簡要說明。C、操作的簡要概述和框圖。d、描述分析方法的部分。 （本節(jié)應包括如何執(zhí)行分析的描述，使用的級別的定 義和相關假設的列表） 。e、FMEA 結果的完整列表。（可以使用類似于和中包含的示例的 FMEA 形式。）f、識別所分析的硬件，軟件和固件的部件號和修訂狀態(tài)。g、附錄還應包括以下項目。（